[发明专利]单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆氢敏传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢敏传感器，具体地讲，涉及一种单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆氢敏传感器。

背景技术

   氢气的检漏、监测是急待解决的问题，它关系到氢的生产、使用与人身、设备的安全，因此，氢敏传感器的研究具有非常重要的意义。氢敏材料是氢敏传感器的基础，它的研究开发直接制约着氢敏传感器的应用和发展。半导体金属氧化物型氢敏材料与其他氢敏材料相比，对氢气的选择性好，灵敏度好，使用寿命长，但其工作温度一般都比较高。

二氧化锡材料在众多半导体金属氧化物氢敏材料中具有非常好的氢敏特性，而准一维二氧化锡纳米材料与传统的体、膜材质的二氧化锡氢敏材料相比，由于是站在原子尺度上，具有更好的比表面特性，因此会提供大量物质通道，且导通电阻很小，所以会有利于氢敏传感器向微型化、便于集成化、低能耗化、高灵敏度、高响应性、高稳定性方向发展。

尽管各国科学家在准一维二氧化锡纳米材料氢敏传感器研制方面取得了一定的进展，但是目前，关于准一维二氧化锡纳米材料氢敏传感器的研究还存在三大技术瓶颈问题：第一，器件的稳定性有待于进一步提高，其关键决定因素之一便是要求准一维二氧化锡纳米氢敏材料的尺度均匀性进一步完善；第二，器件的灵敏度、检测下限及恢复-响应特性等检测性能有待于进一步提高。而其关键决定因素之一便是通过控制生长以进一步降低准一维二氧化锡纳米氢敏材料的尺度，从而保证具有更好的比表面特性；或者，以表面掺杂、表面处理以及表面涂覆催化层为主要表面修饰技术的进一步研究是提高传感器检测能力的有效手段；第三，器件的体积有待于进一步减小，使其微型化、轻薄化、低能耗化，便于集成化是未来传感器发展的趋势，而关键决定因素之一便是可以通过完善制作工艺或精简器件结构来趋于实现。    

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足提出的一种新型单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆氢敏传感器。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

通过聚焦离子束光刻扫描电子显微镜（FIB-SEM）将单根的准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆氢敏材料的两端分别紧实地固定在通过磁控溅射与光刻相结合的微加工方式制备的电极上，以制成自加热增强型单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆氢敏微纳传感器。

所述单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆氢敏传感器，包括基底及其上方的绝缘层、所述绝缘层上方搭载有若干电极，所述电极间通过单根同轴纳米电缆连接，所述单根同轴纳米电缆采用锡内芯，所述锡内芯外面包有一层二氧化锡外壳。

进一步地，所述单根同轴纳米电缆的锡内芯直径约为20nm，所述二氧化锡外壳厚度约为5nm。

进一步地，所述基底主要采用硅片制成，所述绝缘层材料主要为二氧化硅。

进一步地，所述电极为铂电极。

进一步地，所述单根同轴纳米电缆上设有一层铂补丁。

本发明的有益效果在于：单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆的二氧化锡纳米管壳层的平均厚度为5nm，以此为基础将纳米电缆的核壳尺度可控及均匀性方面、二氧化锡纳米管壳层的表面掺杂等方面做改进，那么此纳米电缆就可以成功作为新型氢敏层用于氢敏传感器中，有效缓解在目前准一维二氧化锡纳米材料氢敏传感器的研究中所面临的前两大技术瓶颈问题。

单根准一维二氧化锡纳米材料存在自加热效应，然而这种自加热效应显得较为单纯、薄弱。但若将单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆作为自加热材料，那么，在通电过程中，除了在电缆的二氧化锡纳米管壳层中会出现上述报道中的自加热效应之外，在电缆的锡金属纳米线核中，会发生电能向热能的高效转化。经估算，若在电流为1nA，锡纳米线核尺度为20nm，30秒的时间内，锡纳米线核的温升可至200℃（准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆中的锡纳米线核由于外面二氧化锡纳米管壳层的一维束缚作用，而具有超热稳定性），这样的话，准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆中的锡纳米线核可以作为高效的自加热装置向外面的二氧化锡纳米管壳层供热，以使外面的二氧化锡纳米管壳层的自加热效应显著增强。这样的自加热增强型核、壳结构不但满足了外面二氧化锡纳米管壳层在进行氢敏测试时对于高温工作条件的需求，而且也可以省略存在于目前准一维二氧化锡纳米材料或传统的二氧化锡体材料氢敏传感器中或外部测试装置中的加热部件的制备工序，从而使氢敏传感器件更加简捷化、微型化、轻薄化、低能耗化、便于集成化，测试更加简单化。因此，将单根准一维二氧化锡-锡同轴纳米电缆用于氢敏微纳传感器的制备中，可以有效缓解在目前准一维二氧化锡纳米材料氢敏传感器的研究中所面临的三大技术瓶颈问题。

附图说明